CN114338418A - 一种虚实结合的信息网络验证平台 - Google Patents

Abstract

一种虚实结合的信息网络验证平台，包括虚拟网络单元、物理网络单元、仿真推演单元、全局显控单元、交换单元，通过多个网络终端虚实交互、映射，实现虚拟网络、物理网络的融合，提供统一场景下的网络验证能力，以解决在研制少量网络终端实物的情况下进行贴近真实的信息网络协议验证及性能评估问题；具备全数字仿真验证、网络终端协议验证、虚实结合信息网络验证等三种验证模式，可以实现对网络协议设计阶段、实现阶段以及基于应用场景的功能、性能验证。

Description

一种虚实结合的信息网络验证平台

技术领域

本发明涉及一种虚实结合的信息网络验证平台，属于无线通信网络技术领域。

背景技术

随着网络规模的不断增大、网络结构复杂性的不断提高以及网络协议的迭代改进，这在设计和应用时对于网络协议验证及性能评估带来了困难。网络仿真是进行网络性能研究的一种基本手段，它能够验证网络设计方案，或者对多个不同的设计方案进行比较。在网络规划设计过程中通常会出现多个设计方案，网络仿真为不同的设计方案建立不同的模型，对这些模型分别进行模拟仿真并获取定量的网络性能预测数据，根据网络仿真所提供的仿真运行和结果分析功能，为方案间的验证和比较提供可靠的定量依据，从而为优化设计和决策制定提供更便捷、有效的手段。但是软件建模一般情况下只对物理节点的关键特性进行模拟，因而无法全面真实的评估一个节点在网络中的性能；通过大规模的实物装备进行验证、评估的方式存在实施难度大、代价高、周期长等问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统半实物仿真方式仍然缺少将虚拟网络与实物网络融合为统一网络环境的方法及整体***的问题，提出了一种虚实结合的信息网络验证平台。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种虚实结合的信息网络验证平台，包括虚拟网络单元、物理网络单元、仿真推演单元、全局显控单元、交换单元，其中：

虚拟网络单元：以基于事件的仿真引擎及协议模型为核心构建，与物理网络单元互联并进行虚实交互转发；

物理网络单元：包括网络终端、信道模拟器、干扰模拟器，通过有线方式互联构建物理网络；

仿真推演单元：用于进行场景定义，根据所需场景完成信息网络技术能力要求分解，以判断测试协议是否满足信息网络能力需求；

全局显控单元：用于将虚拟网络单元、物理网络单元的总体态势进行展示，并进行场景输入、***管理、参数采集和效能评估；

交换单元：将虚拟网络单元、仿真推演单元、全局显控单元各自承载平台以及物理网络单元进行有线互联。

所述仿真推演单元根据信息网络验证需求，选择组网要素并构建组网场景，根据组网场景进行信息网络技术指标要求分解，将分解所得组网场景配置信息发送至全局显控单元，将分解所得信息网络指标于完成协议性能评估后判断是否满足信息网络能力需求，若不满足则对测试协议进行优化，并重新进行协议性能评估。

所述全局显控单元根据仿真推演单元构建的组网场景完成网络节点运动轨迹参数、业务数据参数、协议配置等参数生成，用于下发至虚拟网络单元、物理网络单元。

还包括***管理模块，对试验状态进行设置，明确进行全数字仿真验证、网络终端协议验证或虚实结合信息网络验证，对验证的初始化、启动、暂停以及结束等进行控制，并于验证过程中进行参数采集，实现实时整体态势展示和效能评估；

验证过程结束后进行参数采集及事后效能评估，对测试数据进行数据管理，具备事后整体态势回放功能及模型库管理功能，同时根据试验需求可设置故障节点及故障链路。

所述虚拟网络单元基于EXata、STK构建，根据全局显控单元配置参数对虚拟网络各节点的移动特性、姿态特性、天线指向特性、信道特性等物理环境及传输组网协议、消息格式、应用处理进行高精度建模；

设置有实物接入接口，通过交换单元与物理网络单元中的网络终端进行数据交互，进行虚实映射并构建出虚实融合的统一试验环境，同时基于事件的仿真引擎在构建的统一试验环境下驱动网络仿真流程，根据外部总体监控单元的展示及评估要求完成参数采集、反馈。

还包括虚拟端虚实交互功能模块，与交换单元共同实现与物理网络单元中网络终端的数据交互。

所述物理网络单元根据全局显控单元配置参数，完成各网络终端传输组网协议、消息格式、应用处理配置，完成信道模拟器中各节点的运动状态、节点间无线信道状态配置，以及干扰模拟器的干扰信号设置，网络终端与干扰模拟器通过信道模拟器进行铰链，网络终端均配有实物端虚实交互功能模块，部分或全部网络终端通过实物端虚实交互功能模块、交换单元与虚拟网络单元实时交互以实现映射，网络终端根据外部总体监控单元的展示及评估要求完成参数采集、反馈。

所述交换单元基于光纤反射内存网络实现，通过共享内存提供节点间实时数据传输通路，以实现虚拟网络单元、仿真推演单元、全局显控单元承载平台以及物理网路单元的有线互联。

所述虚实结合的信息网络验证平台支持三种应用模式，全数字仿真验证模式，网络终端协议验证模式，虚实结合信息网络验证模式。

全数字仿真验证模式，只基于仿真推演单元、虚拟网络单元、全局显控单元、交换单元进行信息网络验证，支持初期协议设计、测试、优化。

网络终端协议验证模式，包含仿真推演单元、虚拟网络单元、全局显控单元、交换单元和单个网络终端，通过将网络终端应用层、网络层、链路层等各层替代虚拟网络终端中相应层次，实现网络终端协议设计正确性、功能匹配性等验证功能。

虚实结合信息网络验证模式，包含仿真推演单元、虚拟网络单元、全局显控单元、交换单元和物理网络单元，通过少量网络终端构建物理网络，通过虚拟网络单元构建大规模虚拟网络环境，网络终端与虚拟网络单元中指定节点进行实时映射，构建出虚实融合网络环境，可以在更加贴近应用场景的条件下对待验证信息网络的传输性能、可靠性等进行验证。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种虚实结合的信息网络验证平台，提出的虚实结合信息网络验证平台由虚拟网络单元、物理网络单元、总体监控单元、仿真推演单元和交换单元组成，虚拟网络单元基于Exata平台和STK平台构建，具备构建贴近真实、大规模的信息网络验证环境能力，实物网络单元基于多个网络终端及无线信道模拟器等构建，通过虚实网络终端映射，实现网络的虚实融合，有效解决了在研制少量网络终端实物的情况下进行贴近真实的信息网络协议验证及性能评估问题；

(2)本发明在设计中采用多个虚实映射节点连接虚、实信息网络，避免了只采用单一虚实映射节点必然导致产生薄弱节点的问题，保证了虚、实结合信息网络协议评估的有效性；利用总体监控单元对虚拟、实物网络的整体状态进行显示、控制，解决了现有网络仿真平台无法对实物网络状态进行监控的问题，可以对验证平台工作模式、任务场景进行设置，并对验证结果进行显示；

(3)本发明提出的虚实结合的信息网络验证平台具备三种验证模式，全数字仿真验证模式、网络终端协议验证模式和虚实结合信息网络验证模式，可以根据不同阶段的验证需求，为网络协议的设计、协议的验证、终端的性能评估以及基于应用场景的功能、性能验证等提供测试手段。

附图说明

图1为发明提供的信息网络验证平台结构示意图；

图2为发明提供的虚拟网络单元结构图；

图3为发明提供的总体监控单元结构图；

图4为发明提供的物理网络单元结构图；

图5为发明提供的信息网络验证平台工作流程图；

具体实施方式

一种虚实结合的信息网络验证平台，能够实现虚拟网络、物理网络融合后统一场景下的网络验证，具体结构如下：

包括虚拟网络单元、物理网络单元、仿真推演单元、全局显控单元、交换单元，其中：

虚拟网络单元：以基于事件的仿真引擎及协议模型为核心构建，与物理网络单元互联并进行虚实交互转发；

物理网络单元：包括网络终端、信道模拟器、干扰模拟器，通过有线方式互联构建物理网络；

仿真推演单元：用于进行场景定义，根据所需场景完成信息网络技术能力要求分解，以判断测试协议是否满足信息网络能力需求；

全局显控单元：用于将虚拟网络单元、物理网络单元的总体态势进行展示，并进行场景输入、***管理、参数采集和效能评估；

交换单元：将虚拟网络单元、仿真推演单元、全局显控单元各自承载平台以及物理网络单元进行有线互联。

其中，仿真推演单元根据信息网络验证需求，选择组网要素并构建组网场景，根据组网场景进行信息网络技术指标要求分解，将分解所得组网场景配置信息发送至全局显控单元，将分解所得信息网络指标于完成协议性能评估后判断是否满足信息网络能力需求，若不满足则对测试协议进行优化，并重新进行协议性能评估；

全局显控单元根据仿真推演单元构建的组网场景完成网络节点运动轨迹参数、业务数据参数、协议配置等参数生成，用于下发至虚拟网络单元、物理网络单元；

还包括***管理模块，对试验状态进行设置，明确进行全数字仿真验证、网络终端协议验证或虚实结合信息网络验证，对验证的初始化、启动、暂停以及结束等进行控制，并于验证过程中进行参数采集，实现实时整体态势展示和效能评估；

验证过程结束后进行参数采集及事后效能评估，对测试数据进行数据管理，具备事后整体态势回放功能及模型库管理功能，同时根据试验需求可设置故障节点及故障链路；

虚拟网络单元基于EXata、STK构建，根据全局显控单元配置参数对虚拟网络各节点的移动特性、姿态特性、天线指向特性、信道特性等物理环境及传输组网协议、消息格式、应用处理进行高精度建模；

设置有实物接入接口，通过交换单元与物理网络单元中的网络终端进行数据交互，进行虚实映射并构建出虚实融合的统一试验环境，同时基于事件的仿真引擎在构建的统一试验环境下驱动网络仿真流程，根据外部总体监控单元的展示及评估要求完成参数采集、反馈；

还包括虚拟端虚实交互功能模块，与交换单元共同实现与物理网络单元中网络终端的数据交互；

物理网络单元根据全局显控单元配置参数，完成各网络终端传输组网协议、消息格式、应用处理配置，完成信道模拟器中各节点的运动状态、节点间无线信道状态配置，以及干扰模拟器的干扰信号设置，网络终端与干扰模拟器通过信道模拟器进行铰链，网络终端均配有实物端虚实交互功能模块，部分或全部网络终端通过实物端虚实交互功能模块、交换单元与虚拟网络单元实时交互以实现映射，网络终端根据外部总体监控单元的展示及评估要求完成参数采集、反馈；

交换单元基于光纤反射内存网络实现，通过共享内存提供节点间实时数据传输通路，以实现虚拟网络单元、仿真推演单元、全局显控单元承载平台以及物理网路单元的有线互联。

下面根据具体实施例进行进一步说明：

在当前实施例中，如图1所示，一种虚实结合的信息网络验证平台包括仿真推演单元、全局显控单元、虚拟网络单元、物理网络单元和交换单元五部分。

仿真推演单元生成的场景定义信息发送至全局显控单元，由全局显控单元生成虚拟网络单元中各模型的配置信息，以及物理网络单元中网络终端、信道模拟器和干扰模拟器配置信息，虚拟网络单元中虚拟节点模型是基于网络终端进行的高精度建模。

全局显控单元控制仿真启动，虚拟网络单元运行仿真，采集并反馈全局显控单元所需参数。

物理网络单元根据全局显控单元指令启动运行，采集并反馈全局显控单元所需参数。

物理网络单元中网络终端与虚拟网络单元中虚拟网络终端通过交互实现状态映射，交互由虚拟端虚实交互功能模块和实物端虚实交互功能模块完成。

交换单元为其他各单元之间提供实时、可靠交互通路。

一种虚实结合的信息网络验证平台支持三种应用模式：全数字仿真验证模式，网络终端协议验证模式，虚实结合信息网络验证模式。

(1)全数字仿真验证模式：只基于仿真推演单元、虚拟网络单元、全局显控单元、交换单元进行信息网络验证，支持初期协议设计、测试、优化。

(2)网络终端协议验证模式：包含仿真推演单元、虚拟网络单元、全局显控单元、交换单元和单个网络终端，通过将网络终端应用层、网络层、链路层等各层替代虚拟网络终端中相应层次，实现网络终端协议设计正确性、功能匹配性等验证功能。

(3)虚实结合信息网络验证模式：包含仿真推演单元、虚拟网络单元、全局显控单元、交换单元和物理网络单元，通过少量网络终端构建物理网络，通过虚拟网络单元构建大规模虚拟网络环境，网络终端与虚拟网络单元中指定节点进行实时映射，构建出虚实融合网络环境，可以在更加贴近应用场景的条件下对待验证信息网络的传输性能、可靠性等进行验证。

仿真推演单元包括场景定义、技术能力分解两模块。

场景定义用于根据信息网络用户需求确定网络节点要素、网络行为。

技术能力分解模块基于定义的场景完成信息网络技术指标要求分解，用于判定待验证信息网络协议是否满足用户需求。

如图2所示，虚拟网络单元基于EXata和STK实现，包括EXata平台中的仿真支撑平台、协议模型库、支撑模型库、数据库、网络仿真模块、实物接入接口、虚拟端虚实交互功能模块和STK平台的物理层联通特性模拟模块。

在虚拟网络单元中根据网络终端状态构建虚拟网络终端模型，并根据场景定义完成虚拟网络其他虚拟节点建模、拓扑建模、链路状态建模、故障建模、业务建模等，每个虚拟网络终端均配置有虚拟端虚实交互功能模块，根据映射配置情况，通过实物接入接口可以与网络终端通过数据交互实现状态映射。

仿真支撑平台：包括仿真引擎、事件调度、时间推进、状态显示、指令控制等功能模块，提供基础图形用户界面，支持形成模型的开发、部署、仿真流程控制以及基础的仿真结果统计等能力。

协议模型库：包括物理层、链路层、网络层、应用层等具体模型。

支撑模型：协议模型以外用于支撑网络仿真的节点模型、拓扑模型、业务模型、链路模型、移动模型等具体模型。

网络仿真：模拟各类虚拟节点的网络连接状态、网络行为、信息处理流程等，为验证网络的可靠性，具备故障模拟功能。

实物接入接口：物理网络单元的接入接口，通过规范的通信接口实现虚拟网络终端、物理网络单元中网络终端之间的数据交互。

数据库：实现仿真场景、仿真模型、仿真结果等数据的存储。

物理层联通特性模拟模块：模拟虚拟节点的移动特性、姿态特性、天线方向特性以及发射机/接收机特性、传输波形，可以基于更为精确、真实的物理环境得到多个虚拟节点组网条件下平台之间的可见性、可联通性，从而为EXata平台中虚拟节点间的物理层联通特性提供更为精确的输入。

如图3所示，总体监控单元包括***管理、场景输入、态势展示、效能评估、故障设置模块。

***管理：实现不同场景下的试验管理及设置参数分发，完成仿真管理、试验数据管理以及模型管理。

场景输入：设计或接收外部输入仿真场景，进行想定编辑，包括仿真场景中仿真时间的设定、各节点参数设置和模型加载、网络拓扑设定、业务设定、，各节点行为设定等，将想定加载至虚拟网络单元及物理网络单元。

态势展示：实现包含虚、实网络两部分的全局状态实时展示或事后回放，展示方式包含二维、三维两种。

效能评估：通过数据采集、效能指标计算完成各项关键技术体制和整体效能的评估，对评估结果进行图形化显示，同时结果反馈仿真推演单元。

故障设置：从顶层设置节点故障或链路故障。

如图4所示，物理网络单元中各模块通过有线方式集成，包括多个网络终端、业务模拟器、干扰模拟器、信道模拟器。

业务模拟器：用于模拟各网络终端所处平台的状态数据、传输业务数据与数据应用等功能。

网络终端：采用软件无线电平台架构，各层次参数、算法支持配置修改能力，与业务模拟器通过数字接口绞链，与虚拟网络单元通过数字接口铰链，并具备实物端虚实交互功能模块。

信道模拟器：用于模拟多入多出的信息网络射频信号收发环境，结合干扰模拟器，模拟噪声及干扰环境，实现物理信息网络传输信道环境模拟功能。

干扰模拟器：模拟无意及有意干扰等干扰信号。

如图5所示，本发明工作流程为：

在仿真推演单元明确场景定义并完成指标分解后，将场景配置信息下发至总体监控单元；

总体监控单元根据下发配置信息生成仿真场景，形成场景中各节点、链路、协议、业务、移动等模型参数，用于驱动虚拟网络单元构建网络仿真环境，同时下发至物理网络单元，配置业务模拟器、信道模拟器、干扰模拟器及网络终端。

由总体监控单元启动虚拟网络单元的仿真流程与物理网络单元中网络终端，虚拟网络仿真在运行过程中及结束后根据态势展示、效能评估需求对仿真参数进行采集，并反馈至总体监控单元。

网络终端在运行过程中及结束后根据态势展示、效能评估需求对仿真参数进行采集，并反馈至总体监控单元。

总体监控单元根据采集参数进行态势展示、效能评估。

评估结果反馈至仿真推演单元，用于判断是否满足分解能力要求，满足情况下验证工作结束，否则在对技术体制进行优化设计的基础上开展新一轮验证。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种虚实结合的信息网络验证平台，其特征在于：

包括虚拟网络单元、物理网络单元、仿真推演单元、全局显控单元、交换单元，其中：

虚拟网络单元：以基于事件的仿真引擎及协议模型为核心构建，与物理网络单元互联并进行虚实交互转发；

物理网络单元：包括网络终端、信道模拟器、干扰模拟器，通过有线方式互联构建物理网络；

仿真推演单元：用于进行场景定义，根据所需场景完成信息网络技术能力要求分解，以判断测试协议是否满足信息网络能力需求；

全局显控单元：用于将虚拟网络单元、物理网络单元的总体态势进行展示，并进行场景输入、***管理、参数采集和效能评估；

交换单元：将虚拟网络单元、仿真推演单元、全局显控单元各自承载平台以及物理网络单元进行有线互联。

2.根据权利要求1所述的一种虚实结合的信息网络验证平台，其特征在于：

所述仿真推演单元根据信息网络验证需求，选择组网要素并构建组网场景，根据组网场景进行信息网络技术指标要求分解，将分解所得组网场景配置信息发送至全局显控单元，将分解所得信息网络指标于完成协议性能评估后判断是否满足信息网络能力需求，若不满足则对测试协议进行优化，并重新进行协议性能评估。

3.根据权利要求2所述的一种虚实结合的信息网络验证平台，其特征在于：

所述全局显控单元根据仿真推演单元构建的组网场景完成网络节点运动轨迹参数、业务数据参数、协议配置等参数生成，用于下发至虚拟网络单元、物理网络单元。

4.根据权利要求3所述的一种虚实结合的信息网络验证平台，其特征在于：

还包括***管理模块，对试验状态进行设置，明确进行全数字仿真验证、网络终端协议验证或虚实结合信息网络验证，对验证的初始化、启动、暂停以及结束等进行控制，并于验证过程中进行参数采集，实现实时整体态势展示和效能评估；

验证过程结束后进行参数采集及事后效能评估，对测试数据进行数据管理，具备事后整体态势回放功能及模型库管理功能，同时根据试验需求可设置故障节点及故障链路。

5.根据权利要求4所述的一种虚实结合的信息网络验证平台，其特征在于：

所述虚拟网络单元基于EXata、STK构建，根据全局显控单元配置参数对虚拟网络各节点的移动特性、姿态特性、天线指向特性、信道特性等物理环境及传输组网协议、消息格式、应用处理进行高精度建模；

设置有实物接入接口，通过交换单元与物理网络单元中的网络终端进行数据交互，进行虚实映射并构建出虚实融合的统一试验环境，同时基于事件的仿真引擎在构建的统一试验环境下驱动网络仿真流程，根据外部总体监控单元的展示及评估要求完成参数采集、反馈。

6.根据权利要求5所述的一种虚实结合的信息网络验证平台，其特征在于：

还包括虚拟端虚实交互功能模块，与交换单元共同实现与物理网络单元中网络终端的数据交互。

7.根据权利要求6所述的一种虚实结合的信息网络验证平台，其特征在于：

所述物理网络单元根据全局显控单元配置参数，完成各网络终端传输组网协议、消息格式、应用处理配置，完成信道模拟器中各节点的运动状态、节点间无线信道状态配置，以及干扰模拟器的干扰信号设置，网络终端与干扰模拟器通过信道模拟器进行铰链，网络终端均配有实物端虚实交互功能模块，部分或全部网络终端通过实物端虚实交互功能模块、交换单元与虚拟网络单元实时交互以实现映射，网络终端根据外部总体监控单元的展示及评估要求完成参数采集、反馈。

8.根据权利要求7所述的一种虚实结合的信息网络验证平台，其特征在于：

所述交换单元基于光纤反射内存网络实现，通过共享内存提供节点间实时数据传输通路，以实现虚拟网络单元、仿真推演单元、全局显控单元承载平台以及物理网路单元的有线互联。

9.根据权利要求8所述的一种虚实结合的信息网络验证平台，其特征在于：

所述虚实结合的信息网络验证平台支持三种应用模式，全数字仿真验证模式，网络终端协议验证模式，虚实结合信息网络验证模式。

全数字仿真验证模式，只基于仿真推演单元、虚拟网络单元、全局显控单元、交换单元进行信息网络验证，支持初期协议设计、测试、优化。

网络终端协议验证模式，包含仿真推演单元、虚拟网络单元、全局显控单元、交换单元和单个网络终端，通过将网络终端应用层、网络层、链路层等各层替代虚拟网络终端中相应层次，实现网络终端协议设计正确性、功能匹配性等验证功能。

虚实结合信息网络验证模式，包含仿真推演单元、虚拟网络单元、全局显控单元、交换单元和物理网络单元，通过少量网络终端构建物理网络，通过虚拟网络单元构建大规模虚拟网络环境，网络终端与虚拟网络单元中指定节点进行实时映射，构建出虚实融合网络环境，可以在更加贴近应用场景的条件下对待验证信息网络的传输性能、可靠性等进行验证。

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